JPS58189518A - 質量流量計 - Google Patents

質量流量計

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JPS58189518A
JPS58189518A JP74283A JP74283A JPS58189518A JP S58189518 A JPS58189518 A JP S58189518A JP 74283 A JP74283 A JP 74283A JP 74283 A JP74283 A JP 74283A JP S58189518 A JPS58189518 A JP S58189518A
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JP
Japan
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fluid
frequency
flow rate
pressure
mass
Prior art date
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Pending
Application number
JP74283A
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English (en)
Inventor
ハ−メン・ヘイン・デジステルベルゲン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NIYUUJIIRANDO GABAMENTO PUROPATEI CORP
NZ GOVERNMENT
Original Assignee
NIYUUJIIRANDO GABAMENTO PUROPATEI CORP
NZ GOVERNMENT
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Filing date
Publication date
Application filed by NIYUUJIIRANDO GABAMENTO PUROPATEI CORP, NZ GOVERNMENT filed Critical NIYUUJIIRANDO GABAMENTO PUROPATEI CORP
Publication of JPS58189518A publication Critical patent/JPS58189518A/ja
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/05Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects
    • G01F1/20Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow
    • G01F1/32Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters
    • G01F1/3227Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using mechanical effects by detection of dynamic effects of the flow using swirl flowmeters using fluidic oscillators
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/76Devices for measuring mass flow of a fluid or a fluent solid material
    • G01F1/78Direct mass flowmeters

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は質量流量計に関する。流体の流量計は、可動部
分を含むものと可動部分を含まないものとに分類するこ
とができる。卯−の種類は、程度に大小の差こそあれ本
来不安定であり、これ以上言及はしない。
可動部分を含まない流体流量計は更K、自由表面型の計
器と「密閉型」の計器とに細分される。
第一の計器では気体が測定されず、これ以上はこれに言
及しない。
「密閉型」の計器にあっては、均質な流体、通常は空気
、が測定される。細分されたものにはオリフィスおよび
その他の装置が包含され、この場合は測定中に密閉状態
から流体が解放されるので、例えば圧縮天然がスには適
用できない。
過去60年間に開発された種類の流体流量針には流体動
力学的発振器が用いられる。これらは、運動する流体中
の静止物体の背後に生成されるカルマン渦の周波数を本
質的に監視するいわゆる渦発生計から、流量に比例した
周波数を以て渦シェツトが歳差運動するいわゆる渦流針
の範囲に及g流体素子流量計即ちコアンダ(Coanl
& )流量計側転約20年前に用いられた流体票子論理
装置に関連するもので、これを流体動力学的発振器とし
て分類することもできる。
流体動力学的発振器は、流量に一次比例する第一近似の
周波数を以て流体自体が振動する、という事実によって
特徴づけられる。これらの計器は可動部分に依存せず、
且つ出力の周波数が密度ならびに粘性の変化に対して非
常に鈍感である。
振動の周波数は、流体動力学摂動によって変化を生起さ
れる物理量を監視することにより感知される。速度の変
化は、例えば熱線の冷却を監視することによって感知す
ることができる。音411 fg号の吸収の変化は他の
検出方法となるものである。
流れの中にある二つの固定点間における圧力差の変動の
測定は、出力の周波数を定める方法としても用いること
ができる。
流量が流線の規則性から逸脱する程充分な場合は、流れ
の中に見られる周期的な圧力変動の振幅が流体の密度に
速度の二乗を乗じたものに比例する。
多くの場合、例えは燃料をthP!′する際、容積流 
  蓄については質量流量における程の関心が持たれな
い。特に気体の流れについては、密度が気体の圧力と温
度とに大いに依存する。従って(気体またはかなりの圧
縮性を有する液体の場合には)、容積流量を質量流量に
変換するためKは、圧力ならびに温度もしくは密度を測
定する必要がある。
これを人の手で行うことは実際的でなく冗長である。こ
れを電子式に行うことはできるがかなりの費用がかかる
。本発明においては、lXt流量を簡単且つ安価に示す
ために、これまで容積流量に変換された観測値が用いら
れる。
本発明の目的は、従来なし得た以上に簡単且つ安価に質
量流量計を提供し、または少なく共有益な選択の機会を
与える質量流量計を提供することKある。
したがって本発明は、流体内の二つの固定点間の圧力差
の周期的変化の測fKよって流体の蚤動の周波数したが
って流体の容積流量が定められ、前記圧力差の変化によ
って圧力変化の幅が定められ、それKよって容積流量と
速度水頭とに比例する信号が得られるようにされ、且つ
これらの信号が装置の定数と組み合わされて質量流量と
なるようにされることを%微とする流体の質量流量計か
ら成るものである。
本発明は、前記のものから成り、その構成も企図されて
いるが、これKついては以下に添付図面について例示の
みのために説述する。
ある流体の容積流量が乱された流体内の2点間で測定さ
れた差圧の変動の周波数からこれを定め得ること、およ
びこれらの変動の振幅が流体の密度に速度の二乗を乗じ
たものに比例することは既に述べたところである。脈動
の周波数と振幅との両者を測定することにより、容積流
量と速度水頭と罠比例する信号が得られる。これらのデ
ータから、装置の形状寸法に関する定数と差圧センサの
感度とを用いて、流体の密度と質量流量とを定めること
ができる。
測定は電子的に行うのが最善であり、第1図はその略配
置図を示す。測定されるべき流体は1に流入し、後述す
る5の測定ヘッドな流通して、3から流出する。圧力セ
ンサ7,9.または7.9間の差圧センサによって、隔
たった諸点間の時間的な変化が測、定され、はぼ正弦的
な信号がコンピュータ11に伝えられ゛る。これは 周波数−によ×流体の線速度 速度水頭=に2×密度×速度の二乗 で表される信号を受は入れ且つこれらを測定ヘッド5内
のチャネルの断面積に結合させて、計器13または適宜
の形式の記録計器に表示される。
質量流量=面積×速度×密度 を得るようにプログラムを作成される。
測定ヘッド5は数多くの形式をとり得るが、流体動力学
的発振器が有利であることは既に述べたところである。
ここに説明しようとするこの種の発振器の形式はコアン
ダ(Coanda )即ち流体素子帰還発振器であるが
、これは例示に過ぎず、本発明には特許請求の範囲内に
ある任意の装置を用いることができる。
第2図はコアンダ(Coanda )発振器の主要断面
を示す。
コアンダ(Connda )あるいは壁面付着効果(w
all attachment effect )は、
広がりチャネルに流入する液体せたは気体の噴流が広が
り壁の一方または他方に追従しようとする規象である。
コアンタ゛(Coanda )効果は、−団の比較的静
止した流体に流入するノズルからの流体(液体または気
体)の噴流を考えることによって、これを説明すること
かできる。流体の噴流は、それ自体と共に若干の静止流
体を運ぶ傾向がある。壁がノズルの近くに置かれ且つ噴
流の方向から離れるように曲けられている場合、噴流に
よって一緒て運ばれる静止流体は壁と噴流との間の空間
から持ち去られる。この流体の移動によって壁と噴流と
の間に低圧の領域が生成される。その結果中じた噴流内
の差圧により噴流は壁の方に曲けられる。この噴流の曲
がりは噴流が壁に到達するまで続けられ、次いて噴流は
壁に沿って流れる、即ち噴流は壁に付着するようになる
説明のため選んだ実施例は、本質的にはコアンダ(Co
anda )効果に基いた流体素子帰還発振器で   
 ゛ある。第2図に略図で示す計器は、その人口1とし
て、広がり部分15に通ずるノズルをそなえる。
ノズルからの気体の噴流は、二つの広がり壁のいずれか
19を流下する傾向がある。噴流内のいかなる小さい偏
向もコアンダ(Coanda )効果によって拡大され
るので、気体が最初に流下する壁は気体噴流のランダム
な変動によって定められる。計器内では、壁を流下する
流れの一部が、壁の方に噴流が曲がり始めるノズルに近
い低圧領域へ、帰還チャネルを経由して逆圧流される。
低圧領域に向けて方向を変えられたこの気体の流れKよ
り、噴流は、それが沿って流れている壁19から離れ、
その結果、噴流自体が反対側の壁に付着する。コアンタ
(Coanda )計は、噴流の切換え作用が繰り返さ
れるように対称に作られる。かくして噴流は流量に依存
した周波数を以て計器内部の壁から壁へと撮動する。周
波数は、流れが缶壁を下がってコアンダ(Coanda
 )効果を克服するに充分な帰還圧力を生成するに要す
る時間によって定められる。
広がり壁の間の噴流の切換えは帰還チャネルの7゜9に
おける圧力変化としてこれを感知することができる。
この種の流体素子帰還発振器を計量装置として用いるた
めには、広がり壁から発する2本の別個の出口チャネル
21.23を共通の出口に集めなければならt【い。2
本の出口チャネルが集められた場合、流れのあるチャネ
ル21からの流れが、流れのないチャネル23を逆流し
且つ計器の撮動と干渉することを防止しなければならな
い。この計器の設計においては、この逆流が、各出口チ
ャネル内にある流体素子温ダイオード25の結合作用に
よって阻止される。渦ダイオードを通る正常な流れ方向
の場合、流体はオリフィスを経て円形の室の中心に流入
し、次いで接線方向の出口チャネルを通って流出する。
いかなる逆流も中心の入口オリフィスから離れて円形室
の周りを流れる傾向がある。二つの渦ダイオードの出口
は、共通の計器出口3に接続される。
主ノズルの寸法は、当該最低流量の場合K、生成された
噴流が乱流(即ちレイノルズ数が2000を超える)と
なるように選定される。壁面に付着する過程には、噴流
が乱流であることを必要とする。ノズルは、乱流の基準
が許す限り大きく、従って計器における全圧力降下がで
きる限り小さくなるように作られなければならない。帰
還チャネルは、振動周波数が高くて計器に良好な読取り
易さを付与するように、これを短く保つものとする。
より小さい主ノズルによって、更に高い振動周波数を得
ることもできるが、計器KNける大きな圧力降下を犠牲
として、である。渦ダイオードの寸法は、畠い逆流抑止
性と小さい物理的大きさとの妥協の結果として選定され
なけれはならない。スジリッタ(広がり壁間のくさび状
の部分)のノズルとの距離は、高い振動周波数と良好な
読取り易さとの兼ね合いである。スジリッタとノズルと
の間の距離を短くすることにより、ある流量に対する振
動の周波数は増加するが、計器からの信号に及はされる
干渉が増大するようになる・数多くの異なった様式のも
のが作られており、その一つを第6図に示す。この様式
は、黄銅のねじで一諸に固定された数層の透明「パース
ペックス(PerI!Ipex)」(商標名)(ポリメ
タクリル酸メチル(polymethyl metha
crylata ) )で構成される。他の様式は、ア
ルミニウム製または鋼製のものである。図示の様式にあ
っては、帰還チャネルと出口チャネルとが、主発伽器部
分と異なった層になっている。第6図は、計器を構成す
る穐々の層に機械仕上けされた各棟のチャネルと部材と
を示す。
第6図の各図面について説明する。人口と出口と圧力撮
動センサの接続は、取付は部品を介して最上1i111
1にねじ止めして行われる。層2.3には各チャネルが
含まれる。層4には主ノズルと広がり部分とが含まれる
。層5には帰還チャネルが含着れ、1w6は測定ヘッド
の出口3に達する2個の渦ダイオードを形成する。
圧力を受ける気体の質量流量の測定にこの計器を使用す
る際には、種々のプレートを簡単にねじで一緒に締め付
けたのでは漏れが防止されないので、計器全体を圧力容
器内に密閉するか、または    ゛プレートの6対の
縁の近く、もしくは第6図の層1に示す如く機械仕上げ
された領域の各を曲んで0リングを締め付ける。
第1図に圧力センサとして示される7、9は任意の形式
の感度の良い高周波レスポンス変換器であってよい、変
換器は測定ヘッドに直接置かれずに、銅製を好都合とす
る小さい内径の管によって各点7.9に接続されるのが
好都合である。各点7.9における圧力を個々に測定す
る必要はない。
変換器は水差的なものでよい。差圧変換器のあり得べき
形式には広い選択範囲がある。当初は、かなり精巧な市
販の計器が用いられたが、ダイアフ。
ラムでも間に合う簡単な半導体のひずみ計を使用するの
が適切且つ便利であることが見いだされている。
この装置の出力は通常、電気的なものである。
幾多の電子装置により、圧力の差または変化から得られ
る電気信号から質量流量を引き出すことができる。
一つの可能性のある形式を第4図に示しである。
流れの速fill:vに比例する流体動力学的撮動の周
波数を有する方形波信号がAに存在する。信号の伽幅、
したがってdv2 ((lは流体密度)に比例した値を
有するディジタル数がBに存在する。
33は、 質量流量=定数X(Bの値)×(人の周期)から質量を
計算するようにプログラムを作成されたマイクロプロセ
ッサである。
可能性のある第二の形式を第5図に示しである。
第5図の(i]1路は、整流器に低域フィルタが付随せ
ず且つA−D変換器が電圧−尚波数変換器KWき換えら
れた、という点で第4図のそれと異なっている。ここに
、出力A1Bはいずれも周波数で示され、B対Aの比を
設定することにより、これを質量流量に変換することが
できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の略ブロック図を示し、第2図は不発明
において実施し得る流体動力学的発振器の一形式の水平
断面を略図で示し、第6図は第2図の流体動力学的発振
器の可能な構成方法を示し、第4図ぢよび第5図はIE
力変化の質量流量への変換に用い得ろ二つの回路を示す
。 17:@還チャネル、33:マイクロプロセッサ。 代理人 浅 村  皓 手続補正書(自発) ヨ1゜58.□→お浄θ8 特許庁長官殿 1、事件の表示 昭打158年持許願第 74?、; 2、発明の名称 質  量  流  量  計 3、補11;をする者 事件との関係 特許出願人 (1:所 氏 名 ニューシーラント ガパメント プロパティ(
名 称)  :l−ボい−、ヨ。 4、代理人 昭和  年  月  口 6、袖111により増加する発明の数 I / 8、補正の内容  別紙のとおり         パ
−〜″明細書の浄書(内容に変更なし) 手続補正書(方式) 昭和58年6月8日 1、・Jr(’lの表示 昭和58  年特許願第  742    号2、発明
の名称 3、補正をする者 lff’lとの関係 特1;′1出願人住  所 4、代理人 5、補正命令の目付 昭和58年4月26日 6、袖正により増加する発明の数

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)流体内の二つ以上の点の間の圧力差の周期的変化
    の測定により流体の振動の周波数したがって流体の容積
    流量が定められ、前記圧力差の変化によって圧力変化の
    幅が定められ、それによって容積流量と速度水頭と罠比
    例する信号が得られるようにされ、且つこれらの信号が
    装置の定数と組み合わされて質量流量となるようにされ
    ることを特徴とする流体のat流量針。 (2、特許請求の範囲第1項に記載の質量流量計に流体
    動力学的発奈器が包含されるもの。 (3)特許請求の範囲第1項に記載の質量流量計に正帰
    還発振器が包含されるもの。 (4)特許請求の範囲前記各項のいずれにも記載のwt
    流量計に憧還回路とにて作用するようにされた流体の通
    路が包含されるもの。 (5)%IFl:請求の範囲前記各項σ)いずれにも記
    載の實tIL流1!!′計において、流体圧力の嶽動か
    ら得られる電気信号が、gl−器を流過する流体の質細
    ゛流、量に比例する信号を発生するように生成さ扛るも
    の。 (6)特許請求の範囲卯5項に81載の質量流量計にお
    いて、質t#f、tを示すために、信号が、奈幅の大き
    さをその周波数の大きさで割ることにより得られるもの
    。 (力 特許請求の範囲第6項に記載の質量流量計におい
    て、蛋幅の大きさと周波数の大きさとが別個に定められ
    、マイクロプロセッサによりこれらが組み合わされるも
    の。 (8)特許請求の範囲第6項に記載の質量流量計に)り
    いて、圧力変化の幅の大きさが周波数の単位の大きさと
    して処理され、これを周波数の大きさで除して質量流l
    が得られるもの。
JP74283A 1982-01-07 1983-01-06 質量流量計 Pending JPS58189518A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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NZ19943282 1982-01-07
NZ199432 1982-01-07

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ID=19919852

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JP74283A Pending JPS58189518A (ja) 1982-01-07 1983-01-06 質量流量計

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JP (1) JPS58189518A (ja)
AU (1) AU1006983A (ja)

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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EP0087206A1 (en) 1983-08-31
AU1006983A (en) 1983-07-14

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